Процессы почвообразования Классификация и таксономия почв Закономерности географического распространения почв Почвы бореального пояса РФ Кафедра ботаники и микробиологии доцент И. Н. Волкова
Почвообразование – совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще (по А. А. Роде) Наиболее важные слагаемые почвообразовательного процесса • Трансформация минералов горной породы (или уже существующей почвы); • Накопление в почве органических остатков и их постепенная трансформация; • Взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием системы органо-минеральных соединений; • Аккумуляция в верхней части профиля биофильных элементов; • Передвижение продуктов почвообразования с током влаги в профиле почвы и по ее поверхности.
Схема большого геологического круговорота веществ (по А. Холмсу, с изменениями) Основные этапы БГК • Появление изверженных пород на земной поверхности • Выветривание • Почвообразование • Эрозия и денудация • Накопление континентальных и океанических осадков • Метаморфизм осадков • Выход на поверхность осадочных пород
Почва – место смыкания биологического и геологического круговоротов, где происходит формирование единого биогеохимического круговорота Биогеохимический круговорот – система согласованных во времени и пространстве трансформационных и миграционных потоков веществ, протекающих последовательно в живой или неживой фазе почвы. Схема биологического круговорота веществ в ландшафте (по А. И. Перельману)
Группы процессов, протекающих в почве: • микропроцессы – неспецифические акты превращения вещества и энергии, протекающие в разных средах, не оставляют в почвах заметных морфологически выраженных признаков; • мезопроцессы или элементарные почвенные процессы (ЭПП) – специфические почвенные процессы (природные и антропогенные), определяющие состав, свойства и дифференциацию почвенного профиля; • макропроцессы или общие (тотальные) – специфическое сочетание профилеобразующих ЭПП, формирующее свой тип почвообразования
Виды микропроцессов • • • Поглощение биотой минеральных солей из почвы и синтез органического вещества – возврат живыми организмами в почву органических и минеральных соединений; Разложение и минерализация растительных остатков – синтез гумусовых веществ почвы; Подкисление почвенных растворов – нейтрализация почвенных растворов; Разрушение первичных минералов – синтез вторичных минералов; Коагуляция коллоидов – пептизация коллоидов; Окислительные процессы – восстановительные процессы; Гидратация минеральных соединений – их дегидратация; Движение растворов вверх и накопление подвижных соединений в верхней части профиля – движение растворов вниз, растворение и вынос подвижных соединений; Адсорбция газов – десорбция газов. Многие микропроцессы цикличны из-за цикличности природных факторов (суточных, годовых, многолетних), но без полной обратимости. Одни микропроцессы сменяются другими, противоположного характера и направления. Отдельные микропроцессы не оставляют морфологически выраженных признаков в почвенном профиле.
Элементарные почвенные процессы (мезопроцессы) Биогенно-аккумулятивные: Элювиально-иллювиальные: (процессы, протекающие под влиянием ж/д организмов и приводящие к накоплению органических веществ) (процессы, обусловливающие разрушение и преобразование компонентов твердой фазы почвы в верхней части профиля) подстилкообразование; торфообразование; гумусонакопление оподзоливание; лессивирование; выщелачивание; осолодение; осолонцевание и др. Гидрогенно-аккумулятивные: Деструктивные: (аккумуляция веществ в почвенном профиле (процессы, связанные с частичным или под влиянием грунтовых вод) полным разрушением профиля почвы) засоление; огипсовывание; окарбоначивание; оруденение; олуговение. Метаморфические: (процессы с преобразованием твердой фазы почвы без выноса соединений или элювиально-илювиальной дифференциации) структурообразование; оглинивание; оглеение; слитизация и др. эрозия; смыв; погребение; уничтожение
Проявление мезопроцессов в почвообразовании • • • Дерново-подзолистая почва – мезопроцесс оподзоливание Слагаемые процесса оподзоливания Формирование простых органических кислот при разложении растительных остатков в условиях недостатка кислорода (лимонной, щавелевой, уксусной и др. ). Формирование гуминовых кислот (процесс гумификации). Появление в почве метаболитов различных организмов кислой природы и угольной кислоты. Разрушение первичных и вторичных минералов кислотами. Вынос продуктов разрушения минералов в нижележащие горизонты и грунтовые воды.
Стадии почвообразования • стадия начального почвообразования • стадия развития почвы • стадия «зрелой» почвы Длительность и интенсивность каждой стадии зависит от сочетания факторов почвообразования.
Особенности стадии начального почвообразования: -незначительная мощность субстрата, слабая его дифференцированность, - нет специфических признаков почвы, - преобладает геологический круговорот, -микропроцессы не согласованы между собой, - биологический круговорот только зарождается и имеет малый объем (пионерная растительность), - отсутствует сомкнутость круговоротов Стадия начального почвообразования в гольцовом поясе Северного Урала
Особенности стадии развития почвы - смена растений-пионеров высшей растительностью, - возрастание масштабов биологического круговорота с каждым его оборотом, - усложнение биоценозов, - согласованность микропроцессов, появление мезопроцессов и макропроцессов, - формирование специфических свойств и строения почвы, - появление профильной дифференциации почвы, - появление согласованного биогеохимического круговорота 1 2 Выходы карбонатных пород на Среднем Тимане (1) и сформированная на них дерновокарбонатная почва (2)
Особенности стадии «зрелой» почвы - биогеохимический круговорот (качественно и количественно) приобретает относительную стабильность, обеспечивает воспроизводство строго определенной комбинации мезопроцессов (ЭПП), - ЭПП согласованы в пространстве и во времени, образуют макропроцессы, - главные свойства и признаки почвы стабилизируются на определенном уровне. Дерновая кислая почва пойменного луга, республика Коми
Классификация почв – объединение их в группы на основании происхождения, важнейших свойств и особенностей плодородия • • • Задачи классификации почв создание единого языка общения; отражение разнообразия почв, выявление общности и различий между почвенными разностями; научная основа для учета, охраны, использования почвенных ресурсов. Классификация базируется на номенклатуре, таксономии и диагностике
Классификационные системы, используемые в современном российском почвоведении «Классификация и диагностика почв СССР, 1977» эколого - генетическая; «Классификация почв России, 2004» - субстантивно-генетическая; «Мировая реферативная база почвенных ресурсов» (World Reference Base for Soil Resources – WRB, 1994 -2006) – неиерархическая система, почвенные выделы характеризуются как точки в n-мерном пространстве
«Классификация и диагностика почв СССР, 1977» Плюсы: Почва рассматривается как часть экосистемы, ландшафта, природной зоны (отсюда – экологичность). Почва – развивающееся природное тело, имеющее свой генезис (генетическая основа классификации). Минусы: Отсутствуют почвы, не использовавшиеся в народном хозяйстве. Трудно классифицировать почвы, формирующиеся в нетипичных условиях.
Основные таксономические единицы, используемые в «Классификации и диагностике почв СССР, 1977» Тип – большая группа почв, развивающихся в однотипных биологических, климатических и гидрологических условиях; для почв типа характерна единая система основных диагностических горизонтов и общность свойств. Подтип – группа почв в пределах типа, качественно отличающихся по проявлению налагающегося процесса почвообразования или представляющих переходные ступени между разными типами. Род – группа почв в пределах подтипа, которая отражает качественные генетические особенности, определяемые местными условиями почвообразования (состав пород, грунтовых вод, эродированность, слитогенез и т. д. ). Вид – группа почв в пределах рода (иногда – подтипа), отличающаяся количественно по степени выраженности тех или иных признаков почвы (степень гумусированности, засоленности и т. д. ) Разновидность – определяет почвы по механическому составу. Разряд – группирует почвы по особенностям материнских пород
Основные морфологические признаки, используемые при описании почвенного профиля • • строение почвенного профиля, мощность почвы, цвет, гранулометрический (механический) состав, структура, сложение, новообразования и включения, характер перехода генетических горизонтов
Основные типы символов в русской системе • • А 0 – лесная подстилка или степной войлок, состоит из опада древесной или степной растительности, мощность от 1 -2 до 15 см. Ад - органно-минеральный поверхностный горизонт, формирующийся под луговой травянистой растительностью. По объему не менее чем на половину представлен корнями растений, мощность 10 -15 см. А – гумусово-аккумулятивный горизонт. Формируется в почвах с изогумусовым типом профиля, содержит основные запасы гумуса (до 15%), наиболее темный, мощность до нескольких десятков сантиметров. А 1 – гумусово-элювиальный горизонт. Формируется в почвах с элювиальноиллювиальным типом профиля. Мощность от 1… 2 до 20… 30 см. Цвет от белесоватосерого до серого. Апах – пахотный горизонт. Представляет собой поверхностный слой почвы, подвергнутый механической обработке. Мощность зависит от глубины вспашки. Кроме гумусового может включать и нижележащие горизонты. Т – торфяный горизонт, состоит на 50 -90% из растительных остатков разной степени разложения; мощность варьирует от 20… 30 см до 10… 15 м. А 2 – элювиальный горизонт, имеет светлую, белесую окраску, обусловленную выносом гумуса и других красящих соединений. По происхождению бывает: подзолистым (кислотный гидролиз минералов и вынос продуктов разрушения), осолоделым (щелочной гидролиз минералов и вынос продуктов разрушения), лессивированным (пептизация и вынос тонкодисперсных частиц без разрушения), элювиально-глеевым (разрушение минералов в переменновосстановительной среде и медленный вынос продуктов разрушения).
• В – иллювиальный горизонт (в элювиально-иллювиальных типах профиля) или переходный горизонт (в изогумусовых типах профиля). В почвах элювиально-иллювиальной дифференциации, в зависимости от типа накапливающихся веществ, различают: Вt - иллювиально-глинистый, Вf - иллювиально-железистый, Вh иллювиально-гумусовый, Вhf - иллювиально-гумусово-железистый, Вk карбонатный, ВNa - солонцовый, Вs – сульфатный или хлоридный. При изогумусовом типе профиля горизонт В подразделяется на подгоризонты В 1, В 2 и т. д. • G – глеевый горизонт, формируется в почвах длительного или постоянного избыточного увлажнения. Окраска варьирует от голубовато-сизой до зеленоватой. При периодическом (сезонном) переувлажнении формируются глееватые горизонты с отдельными сизоватыми или буровато-охристыми пятнами в различных горизонтах. Для их обозначения используют малый индекс «g» , добавляемый к основному буквенному символу: А 2 g , Вg. • С – почвообразующая или материнская порода, слабозатронутая или незатронутая процессом почвообразования. • D – если почвообразующая порода имеет небольшую мощность и с глубиной быстро сменяется другой породой с иными свойствами, то последняя называется подстилающей.
Примеры различных генетических горизонтов в составе почвенных профилей А Б В А - верховая торфяно-глеевая; Б - дерново-подзолистая; В - ржавозем
Закономерности географического распространения почв 1. 1. 2. 3. 4. Закон горизонтальной зональности (В. В. Докучаев «К учению о зонах природы » , 1898) Закон вертикальной зональности (В. В. Докучаев, 1899) Закон почвенной интразональности (Н. М. Сибирцев, М. М. Филатов, конец 19 в. ) Закон аналогичных топографических рядов (С. А. Захаров, 1927) Закон фациальности (провинциальности почв) (Л. И. Прасолов, И. П. Герасимов, 1945)
Горизонтальная зональность почв мира
Система почвенно-экологических формаций мира классы Гумидный КУ > 1, 5 Семигумидный КУ 1, 5 -0, 6 Семиаридный КУ 0, 6 -0, 3 Аридный КУ<0, 3 Тропический T ср. год. >20 Постоянновлажно лесные 1. переменновлажные 2. саванновлажные 1. лесо-саванные 2. сухо-саванные 1. пустынносаванные 2. пустынные Субтропичесrий T ср. год. 13 -20 Влажно-лесные Высокотравные прерии 1. ксерофитнолесные 2. кустарноковостепные 1. полупустынные 2. пустынные Суббореальный T ср. год. 7 -13 Широколиственно лесные 1. лесо-прерии 2. широколиственн о-лесные 3. лесостепные 1. степные 2. сухостепные 1. полупустынные 2. пустынные Бореальный T ср. год. 1 -7 Таежные лесные 1. широколиственн о-лесные 2. светло хвойнотаежные Полярный T ср. год. < 0 1. криогенно-тундровые 2. арктотундровые пояса
Бореальный пояс РФ в меридиональном направлении делится на области: - Западную лугово-лесную; - Центральную таежно-лесную умеренно-континентальную (европейская часть и Западная Сибирь); - Восточносибирскую мерзлотно-таежную континентальную; - Дальневосточную таежно-лугово-лесную Области подразделяются на фации: - теплую (западная и южноевропейская) - умеренную (восточноевропейская) - холодную ( западно- и среднесибирская) - длительномерзлотную (восточносибирская и дальневосточная) - холодную влажную ( Камчатка, Сахалин) В широтном направлении центральная таежная область делится на подзоны: северотаежную, среднетаежную, южнотаежную
Условия почвообразования на территории бореального пояса РФ Охватывает области хвойных лесов с фрагментами горных тундр Евразии и составляет около 55% территории РФ. Природные условия неоднородны из-за большой протяженности Климат – от умеренно континентального (Центральная таежная обл. ) до резко континентального (Вост. Сибирь) и муссонного (Дальний Восток). Среднеиюльская t – 10 -20 С Среднеянварская t – -18 -20 (-40 - 50 в Вост. Сибири) Осадки – Центральная таежная обл. 350 -700 мм/год Восточно-сибирская мерзлотно –таежная 150 -600 мм/год Дальневосточная лугово-лесная 380 -1000 мм/год Водный режим – промывной, среднегодовой КУ – 1, 5 -1 Почвообразующие породы: ледниковые и водно-ледниковые отложения (морена, покровные суглинки, водно-ледниковые пески и супеси), ленточные глины, элювий и делювий коренных пород, древний и современный аллювий Растительность: хвойные леса, на юге пояса – с примесью широколиственных пород, суходольные и пойменные луга, болота (верховые, низинные, переходные)
Почвы бореального пояса • • • Подзолистые, глееподзолистые Болотно-подзолистые Дерновые Болотные Мерзлотно-таежные Основные почвообразующие • • процессы подзолистый дерновый болотный криогенный (в мерзлотнотаежных областях)
Ландшафт сосняка лишайникового (средняя тайга) и профиль подзола иллювиально-железистого А 0 0 -2 см А 2 2 -18 см Вf 18 -45 см В 1 45 -80 см Основные почвообразующие процессы: подзолистый, элювиально-иллювиальная дифференциация минеральной массы В 2 80 -115 см
Основные компоненты подзолообразования: • Растворение и вынос (выщелачивание) простых солей при промывном водном режиме • Формирование трудноразлагаемой лесной подстилки А 0, являющейся источником кислот разной природы (простые органические кислоты, кислотные метаболиты грибов, бактерий, корневые выделения высших растений), р. Н 4 -5 • Гумификация растительных остатков в гор. А 0 с образованием фульвокислот • Подзолистый процесс – разрушение минералов почвы под воздействием кислот (кислотный гидролиз) с образованием подзолистого горизонта А 2 и перенос продуктов кислотного гидролиза в элювиальный горизонт Вi (усиливается лессиважем)
Свойства подзолистых почв • Низкое содержание гумуса (1 -2%), преобладание фульвокислот • Кислая реакция среды (р. Н 3, 3 -4, 5), повышенная обменная кислотность, обусловленная водородом и алюминием • Низкая емкость катионного обмена (< 15 мг-экв. /100 г почвы), низкая насыщенность основаниями (менее 50%). Наименьшие значения ЕКО отмечаются в подзолистом горизонте • Обедненность верхних горизонтов физической глиной и оксидами железа и алюминия; накопление этих компонентов в иллювиальном горизонте • Преобладание первичных минералов • Повышенное содержание подвижного железа, алюминия и марганца; отсутствие водорастворимых солей (т. к. вымываются) • Бесструктурность, распыленность верхних горизонтов и плотность нижних иллювиальных горизонтов
Деление подзолистых почв на подтипы: • подзолистые; • глее-подзолистые Деление подзолистых почв на роды: • • • Обычные (на суглинках) Остаточно-карбонатные (на карбонатных породах) Контактно-глеевые (на двучленных отложениях) Иллювиально – железистые (на ожелезненных песках) Иллювиально-гумусовые (при переносе гумуса в гор. В, на песках) Слабодифференцированные (на песчаных породах)
Ландшафт ельника кислично-зеленомошного и профиль дерново-подзолистой почвы А 0 0 -3 см А 1 3 -5 см А 2 5 -20 см А 2 В 20 -31 В 1 31 -51 см В 2 51 -81 см Основные почвообразующие процессы: подзолистый, дерновый, элювиально-иллювиальная дифференциация минеральной массы
Свойства дерново-подзолистых почв • Элювиально-иллювиальная дифференцированность профиля • Обеднение верхней части профиля физической глиной и полуторными оксидами, их вынос в иллювиальные горизонты • Низкое содержание гумуса (1, 5 -2, 5%) • Высокая кислотность в верхней части профиля( р. Н 4, 5 – 5, 5) • Малая емкость катионного обмена (10 -15 мг-экв/100 г почвы) при низкой насыщенности основаниями • Низкая обеспеченность элементами питания • Неблагоприятные физические свойства • Высокое содержание подвижного алюминия, повышающее обменную кислотность
Деление дерново-подзолистых почв на подтипы • Дерново-подзолистые глееватые • • • Деление дерново-подзолистых почв на роды Обычные (на суглинках) Остаточно-карбонатные (на карбонатных породах) Контактно-глеевые (на двучленных отложениях) Иллювиально – железистые (на ожелезненных песках) Иллювиально-гумусовые (при переносе гумуса в гор. В, на песках) Слабодифференцированные (на песчаных породах)
Дерновая кислая почва пойменного разнотравно-злакового луга Ад 0 -4 cм А 1 4 -18 см А 1 В 18 -29 см В 1 29 -49 см В 2 49 -63 см I 63 - 99 см Основные почвообразующие процессы: гумификация с аккумуляцией гумуса, дерновый II 99 - 115 cм
Основные компоненты дернового процесса • Гумификация наземного и корневого травянистого опада (высокозольного, легко разлагаемого) • Закрепление гумусовых веществ в почвенном профиле за счет образования нерастворимых гуматов и фульватов Са и Мg (источник – опад и материнская порода), повышенное содержание гумуса • Образование водопрочных агрегатов комковато-зернистой структуры благодаря значительному количеству гумуса и карбонатов • Накопление зольных элементов (7 -8%), азота и других биогенов, создание запаса питательных веществ и высокая емкость поглощения (20 -30 мг-экв/100 г почвы)
Свойства дерновых почв • Формирование значительного по мощности аккумулятивного горизонте, накопление гумуса (4 -15%) • Образование водопрочной комковато-зернистой структуры верхнего горизонта • Отсутствие или слабая выраженность оподзоленности • Нейтральная реакция почвенного раствора (р. Н 6, 5 - 7, 5) • Высокая емкость поглощения (20 -30 мг-экв/100 г почвы) • Повышенный запас азота и зольных элементов (7 -8%) • Высокая обеспеченность растений элементами питания • Благоприятные физические свойства
Дерновые почвы (класс) • Тип дерново-карбонатные – формируются на породах, содержащих карбонат кальция: дерново-карбонатные типичные (п/т) дерново-карбонатные выщелоченные (п/т) дерново-карбонатные оподзоленные (п/т) • Тип дерново-литогенные – формируются на породах, содержащих силикатные формы кальция, магния, богатых железом дерновые насыщенные (п/т) дерновые кислые (п/т) дерновые оподзоленные (п/т) • Тип дерново-глеевые – формируются при участии сильноминерализованных грунтовых вод, богатых кальцием дерново-поверхностно-глеевые (п/т) дерново-грунтово-глеевые (п/т) перегнойные поверхностно-глеевые (п/т) перегнойные грунтово-глеевые (п/т)
Верховое болото и профиль болотных почв О Т 1 Т 2 G верховая торфяноглеевая почва 1 – торфяно-болотная; 2 – торфяно-глеевая
Болотный процесс Слагаемые торфообразования • Анаэробные условия, создаваемые избытком влаги • Ослабление окислительных процессов, неполная минерализация растительного опада • Появление низкомолекулярных органических кислот (уксусная, масляная, щавелевая и др. ), подавляющих жизнедеятельность большинства микроорганизмов почвы • Замедленная гумификация опада ( преобладает грубый гумус) • Накопление на поверхности почвы полуразложившихся растительных остатков в виде торфа, различающегося по степени разложенности и мощности (0, 5– 10 м) Слагаемые оглеения • Постоянное или длительное переувлажнение почвы • Высокое содержание органических веществ, способствующее развитию анаэробных гетеротрофных микроорганизмов • Интенсивное развитие восстановительных процессов восстановление минералов с переменной валентностью (Fe, Mn, S, N) • Разрушение первичных минералов, их диспергация и утяжеление механического состава глеевого горизонта • Синтез специфических вторичных минералов - двууглекислого железа Fe(HCO 3), вивианита [Fe 3 (PO 4)2 8 H 2 O], сидерита Fe. CO 3 и образование ортштейнов из Fe 2 O 3 и Mn. O
Свойства болотных почв Верховые болотные • Формируются на водоразделах • Растительность представлена мхами и кустарничками • Увлажняются только атмосферными осадками • Торф кислый (р. Н 3, 2 -4, 2), очень беден минеральными веществами (зольность 2 -5%) • Торф слабой и средней степени разложенности Низинные болотные • Формируются в отрицательных элементах рельефа • По характеру растительности могут быть травяными, гипновыми (зеленые мхи) и лесными • Питаются минерализованными грунтовыми водами • Торф слабокислый (р. Н 5, 5 -6, 0), содержит запас минеральных веществ (зольность 5 -50%) • Торф высокой степени разложенности Для всех торфяных горизонтов характерны низкая плотность, высокая влагоемкость, низкая теплопроводность.
Классификация болотных почв Болотные почвы Тип болотные верховые Болотные торфяно-глеевые Болотные верховые торфяные Тип болотные низинные Низинные обедненные торфяноглеевые Низинные типичные торфяноглеевые Обедненные низинные торфяные Низинные типичные торфяные
Скачать презентацию Процессы почвообразования Классификация и таксономия почв Закономерности географического
Лекция 7 ЭП Почвообразование, бореальн. пояс 2016.pptx